KR101385212B1 - 모터 - Google Patents

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KR101385212B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 모터의 회전자는 제1 로터 코어 및 상기 제1 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제1 마그넷을 포함하는 제1 로터, 제2 로터 코어 및 상기 제2 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제2 마그넷을 포함하는 제2 로터, 그리고 상기 제1 로터와 상기 제2 로터 사이에 적층되며, 제3 로터 코어 및 상기 제3 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제3 마그넷을 포함하는 제3 로터를 포함하고, 상기 제3 마그넷의 자속은 상기 제1 마그넷의 자속 또는 상기 제2 마그넷의 자속보다 낮다.

Description

모터{MOTOR}
본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 회전자에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 회전축, 회전축을 감싸는 회전자, 회전자와 소정 간격을 가지는 고정자 및 고정자를 고정하는 하우징을 포함한다.
회전축은 하우징에 의하여 지지될 수 있다. 회전자는 회전축을 감싸는 로터 코어(roter core) 및 로터 코어에 결합된 드라이브 마그네트(drive magnet)를 포함한다. 고정자는 복수의 스테이터 코어(Stator Core) 및 스테이터 코어마다 권선된 코일(coil)을 포함한다. 고정자에 전류가 인가되면, 고정자와 회전자의 상호 작용에 의하여 회전자가 회전한다.
모터의 회전 시, 회전자와 고정자 간의 상호 작용에 의하여 자기 에너지가 최소인 위치로 이동하려는 반경 방향의 힘, 즉 코깅 토크(cogging torque)가 발생할 수 있다. 코깅 토크는 운전자가 느끼는 품질의 만족도에 영향을 줄 수 있다.
코깅 토크를 줄이기 위하여, 복수의 로터를 적층하되, 각 로터 코어의 외주면에 결합되는 드라이브 마그네트가 서로 비틀리도록 형성할 수 있다.
이에 따라, 코깅 토크는 줄어들지만, 비틀림 각도(skew angle)로 인하여 모터의 출력이 감소될 수 있다.
일본 공개특허공보 특개2012-157236호(2012.08.16)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모터의 회전자 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 모터의 회전자는 제1 로터 코어 및 상기 제1 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제1 마그넷을 포함하는 제1 로터, 제2 로터 코어 및 상기 제2 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제2 마그넷을 포함하는 제2 로터, 그리고 상기 제1 로터와 상기 제2 로터 사이에 적층되며, 제3 로터 코어 및 상기 제3 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제3 마그넷을 포함하는 제3 로터를 포함하고, 상기 제3 마그넷의 자속은 상기 제1 마그넷의 자속 또는 상기 제2 마그넷의 자속보다 낮다.
상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷보다 낮은 자속을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제3 마그넷은 페라이트 자석으로 이루어지며, 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷은 희토류 자석으로 이루어질 수 있다.
상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷의 60% 내지 90%의 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 모터는 회전축, 상기 회전축을 감싸는 회전자, 상기 회전자와 이격되는 고정자 및 상기 고정자를 고정하는 하우징을 포함하고, 상기 회전자는 제1 로터 코어 및 상기 제1 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제1 마그넷을 포함하는 제1 로터, 제2 로터 코어 및 상기 제2 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제2 마그넷을 포함하는 제2 로터, 그리고 상기 제1 로터와 상기 제2 로터 사이에 적층되며, 제3 로터 코어 및 상기 제3 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제3 마그넷을 포함하는 제3 로터를 포함하고, 상기 제3 마그넷의 자속은 상기 제1 마그넷의 자속 또는 상기 제2 마그넷의 자속보다 낮다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코깅 토크를 줄이면서도 모터의 출력을 높게 유지할 수 있다. 또한, 모터의 제조 비용을 줄일 수도 있다.
도 1은 모터의 회전자를 나타낸다.
도 2 내지 4는 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 모터의 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 모터의 회전자를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 모터(100)는 회전축(110), 회전축(110)을 감싸는 회전자(120), 회전자(120)와 소정 간격을 가지는 고정자(미도시) 및 고정자를 고정하는 하우징(미도시)을 포함한다.
회전축(110)은 하우징에 의하여 지지될 수 있다. 회전자(120)는 고정자와 상호 작용하며, 회전축(110)과 함께 회전한다.
복수의 로터(rotor)가 상하로 적층되어 회전자(120)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 회전자(120)는 적층된 상부 로터(122), 중간 로터(124) 및 하부 로터(126)를 포함할 수 있다. 각 로터는 회전축(110)을 감싸는 로터 코어(rotor core) 및 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 드라이브 마그넷을 포함할 수 있다. 각 로터 코어의 외주면에는 N극 마그넷과 S극 마그넷이 교대로 배치될 수 있다.
한편, 회전자와 고정자 간의 상호 작용에 의하여 발생하는 코깅 토크(cogging torque)를 줄이기 위하여, 각 로터의 드라이브 마그넷은 서로 비틀리게 배치된다. 즉, 상부 로터의 드라이브 마그넷과 중간 로터의 드라이브 마그넷은 소정 비틀림 각도(skew angle)로 비틀리게 배치되며, 중간 로터의 드라이브 마그넷과 하부 로터의 드라이브 마그넷도 소정 비틀림 각도(skew angle)로 비틀리게 배치된다.
도 2 내지 4는 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다. 도 2, 도 3 및 도 4 각각은 도 1의 S1, S2, S3를 자른 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상부 로터(122)는 회전축을 감싸는 상부 로터 코어(122-1) 및 상부 로터 코어의 외주면에 배치된 복수의 드라이브 마그넷(122-2)을 포함한다. 중간 로터(124)는 회전축을 감싸는 중간 로터 코어(124-1) 및 중간 로터 코어의 외주면에 배치된 복수의 드라이브 마그넷(124-2)을 포함한다. 하부 로터(126)는 회전축을 감싸는 하부 로터 코어(126-1) 및 하부 로터 코어의 외주면에 배치된 복수의 드라이브 마그넷(126-2)을 포함한다. 이때, 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2)과 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)는 소정의 비틀림 각도(A°)로 비틀어져 있다. 그리고, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)과 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)도 소정의 비틀림 각도(A°)로 비틀어져 있다.
이는 코깅 토크를 저감시키기 위한 것으로, 소정의 비틀림 각도(A°)는, 예를 들면 1/2 슬롯 피치(slot pitch)에 해당하는 각도일 수 있다.
한편, 고정자와 로터의 극은 정위치에 있어야 정상적인 출력을 낼 수 있다. 따라서, 비틀림 각도가 크면, 고정자와 로터의 극이 정위치보다 엇갈리게 되므로, 모터의 출력이 감소된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 코깅 토크는 저감시키되, 모터의 출력은 높게 유지하기 위하여, 중간 로터의 드라이브 마그넷의 자속을 상부 로터 및 하부 로터의 드라이브 마그넷의 자속보다 낮게 형성하고자 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 모터의 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다. 도 5, 도 6 및 도 7 각각은 도 1의 S1, S2, S3를 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상부 로터(122), 중간 로터(124) 및 하부 로터(126)가 회전축(110)을 감싸며 적층되고, 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2)과 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)는 소정의 비틀림 각도로 비틀어져 있고, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)과 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)도 소정의 비틀림 각도로 비틀어져 있는 것은 도 2 내지 도 4와 동일하다.
이때, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)은 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)보다 낮은 자속을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 희토류 자석(예, NdFeB(네오디뮴) 자석, SmCo(사마륨 코발트) 자석)은 페라이트 자석에 비하여 높은 자속을 가진다. 따라서, 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)을 희토류 자석으로 형성하는 경우, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)은 페라이트 자석으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 가격 상승률이 큰 희토류 자석을 적게 사용함으로써, 제조 비용도 절감할 수 있다.
그리고, 희토류 자석 중 네오디뮴 자석은 사마륨 코발트 자석에 비하여 높은 자속을 가진다. 따라서, 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)을 네오디뮴 자석으로 형성하는 경우, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)은 사마륨 코발트 자석으로 형성할 수도 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 상부 로터, 중간 로터 및 하부 로터의 단면을 나타낸다. 도 8, 도 9 및 도 10 각각은 도 1의 S1, S2, S3를 자른 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상부 로터(122), 중간 로터(124) 및 하부 로터(126)가 회전축(110)을 감싸며 적층되고, 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2)과 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)는 소정의 비틀림 각도로 비틀어져 있고, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)과 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)도 소정의 비틀림 각도로 비틀어져 있는 것은 도 2 내지 도 4와 동일하다.
이때, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)은 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 즉, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)의 폭(예, 도 9의 E) 또는 길이가 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)의 폭(예, 도 3의 D, D>E) 또는 길이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)의 폭, 길이, 면적 중 하나가 상부 로터 코어(122-1)에 배치된 드라이브 마그넷(122-2) 및 하부 로터 코어(126-1)에 배치된 드라이브 마그넷(126-2)의 폭, 길이, 면적 중 하나의 60% 내지 90%의 크기를 가질 수 있다.
이와 같이, 중간 로터 코어(124-1)에 배치된 드라이브 마그넷(124-2)의 자속을 낮게 설정하면, 자속 균형을 맞추기 위하여 각 로터 코어에 배치된 드라이브 마그넷 간의 비틀림 각도를 줄일 수 있어(도 5 내지 도 7의 B°(<A°), 도 8 내지 도 10의 C°(<A°)), 코깅 토크를 저감시키면서도 모터의 출력을 높게 유지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 모터
110: 회전축
120: 회전자
122: 상부 로터
124: 중간 로터
126: 하부 로터

Claims (6)

  1. 모터의 회전자에 있어서,
    제1 로터 코어 및 상기 제1 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제1 마그넷을 포함하는 제1 로터,
    제2 로터 코어 및 상기 제2 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제2 마그넷을 포함하는 제2 로터, 그리고
    상기 제1 로터와 상기 제2 로터 사이에 적층되며, 제3 로터 코어 및 상기 제3 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제3 마그넷을 포함하는 제3 로터를 포함하고,
    상기 제3 마그넷의 자속은 상기 제1 마그넷의 자속 및 상기 제2 마그넷의 자속보다 낮고,
    상기 제1 마그넷과 상기 제3 마그넷 간의 비틀림 각도와 상기 제2 마그넷과 상기 제3 마그넷 간의 비틀림 각도는 각각 1/2 슬롯 피치(slot pitch)에 해당하는 각도보다 작은 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷보다 낮은 자속을 가지는 물질로 이루어지는 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 마그넷은 페라이트 자석으로 이루어지며, 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷은 희토류 자석으로 이루어지는 회전자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷보다 작은 크기를 가지는 회전자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 마그넷은 상기 제1 마그넷 또는 상기 제2 마그넷의 60% 내지 90%의 크기를 가지는 회전자.
  6. 회전축,
    상기 회전축을 감싸는 회전자,
    상기 회전자와 이격되는 고정자 및
    상기 고정자를 고정하는 하우징을 포함하고,
    상기 회전자는
    제1 로터 코어 및 상기 제1 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제1 마그넷을 포함하는 제1 로터, 제2 로터 코어 및 상기 제2 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제2 마그넷을 포함하는 제2 로터, 그리고 상기 제1 로터와 상기 제2 로터 사이에 적층되며, 제3 로터 코어 및 상기 제3 로터 코어의 외주면에 결합된 복수의 제3 마그넷을 포함하는 제3 로터를 포함하고, 상기 제3 마그넷의 자속은 상기 제1 마그넷의 자속 및 상기 제2 마그넷의 자속보다 낮고,
    상기 제1 마그넷과 상기 제3 마그넷 간의 비틀림 각도와 상기 제2 마그넷과 상기 제3 마그넷 간의 비틀림 각도는 각각 1/2 슬롯 피치(slot pitch)에 해당하는 각도보다 작은 모터.
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